CN101336369B - 带有压电传感器的接触检测器 - Google Patents

Abstract

公开了一种在监测领域内用于接触检测的装置和方法。压电传感器(40)连接在已定位的检测器(100)的一个末端，用来接触经过的项目和个体。该检测器可以对应于多个平行的橡胶排列的电缆或聚碳酸酯树脂条(12、14、16、18、20)。通过接触在检测器内引起的本体变形传播到压电传感器，并检测为耦合到压电传感器的应变。本装置和方法可应用于检测沿传输路径的车辆交通，人类与墙面或地板的接触，输送***中的加工产品，或者任何与有生命或无生命的物体或个体的物理接触。

Description

带有压电传感器的接触检测器

技术领域

本主题总体涉及接触检测。更特别地，本主题涉及一种放置在通过路径上对监测项目进行通过或存在检测的坚固构造的传感器。

背景技术

在许多情况和环境下都期望对在特定区域内的或通过特定区域的项目进行监测。特别是，在车辆或交通监测的例子中，这对于能确定车辆何时或者是否通过特定的点是非常有益的，这可以利用车辆通过、靠近或者位于某些类型的传感器前面来加以确定。这种车辆检测的非限定例子包括，路面行车道的交通统计、进门控制***和设计用来对其他接近或存在的车辆进行警告或建议的警告信号***。

目前已有的车辆传感器有很多种形式，包括空气压力胶管、光学传感器、射频(RF)线圈、电缆、磁传感器以及其他类型的传感器。这些普通的例子包括把在路面上伸展的空气压力胶管配置成操作气压敏感开关的传感器从而用于交通统计站。类似的配置还被用作服务站以及类似设施中的车辆存在报告设备。

在路面上嵌入射频(RF)线圈用来检测通过的交通以及在十字路口控制交通灯。近来，在Bergan的美国专利号为5,477,217的名为“BIDIRECTIONAL ROAD TRAFFIC SENSOR”的专利和Bailleul等人的美国专利号为6,668,540的名为“DETECTION DEVICE FOR DATARELATING TO THE PASSAGE OF VEHICLES ON A RAOD”的专利中都建议将同轴压电电缆用作交通传感器。

车辆传感器操作的一个很重要的方面就是这种设备的长期可靠性。依赖于操作环境，车辆传感器也许会遭受到不光从环境考虑，还包括那些由试图被检测的车辆的相互作用而产生的不利条件。

另外，虽然在某些类型的传感器安装之后，可以对其进行更多的保护以免受环境条件和车辆的相互作用的影响，但是这需要比某些情况下所确保的更为复杂的结构和安装。例如，通过在路面上开槽并将电线***到槽中可以将RF传感器线圈嵌入到路面。这种安装方法可以为传感器提供有效的保护但是安装成本巨大，而且，一旦安装，如果车辆检测的需求只是暂时性的话，无法容易地重新部署这些RF线圈。

空气压力胶管类型的传感器可以通过简单地将其伸展在路面上从而很容易安装，必要时也很容易重新部署，但是这种类型的传感器当车辆轮胎经过胶管时很容易被损坏。在某些环境中，如有重型卡车或者卡车的轮胎将传感器损坏成碎片，比如，卡车的轮胎面上嵌有岩石碎块，传感器会很容易和很快地被损坏。

虽然已经开发实现了各种不同的检测设备和***，但是没有一种设计通常包含了如下面按照本主题技术所阐述的所有的期望特性。

发明内容

鉴于现有技术中遇到的和本主题所要解决的公认特征，提供了一种改进的接触检测器。

在示意性的配置中，通过结合变形敏感传感器与鲁棒电缆来提供一种接触检测器。

接触检测器的一种较简单的形式是通过将变形敏感设备固定在电缆的一端，其中电缆被配置成在正常的运转中能够抵挡苛刻的环境条件和严酷的物理损伤。

这种类型的设备的另一个好的方面是，接触检测器可以容易地暂时放置在一个特殊的位置，或者容易地安装长期使用，在任何一种条件下都能够提供一种稳定的可扩展任务的检测器。

根据本主题的某些实施例的一些方面，提供了一种方法用来提供耐用的接触检测器，从而显著地降低了现有设备在非常苛刻的应用时所必须的更换频率。

根据本主题其他实施例的某些方面，开发了用来保护运动敏感传感器自身免受感测物体的直接影响的方法。

根据本主题另一实施例的其他方面，开发了用来提供一种将变形信号传输给用于物体检测的压电传感器的长期稳定机制的装置和相应的方法。

根据本主题其他实施例的其他方面，开发了用来确保运动敏感压电传感器长期没有危险的操作的装置和方法。

本主题的另外目的和优点已经阐明，或者对于本领域的技术人员来说通过此处的详细介绍是很显而易见的。同样，应进一步了解，在不背离本主题的精神和范围的情况下，可在本发明的各种实施例和使用中对其具体例举、参照和讨论的特征和元件进行修改和变更。变更可以包括，但不限于，对所例举、参考或讨论的内容用等价手段、特征或步骤进行替换，以及对各个部分、特征、步骤或其他类似部分进行功能、操作和位置颠倒。

另外，应了解，本主题的不同实施例以及不同的目前优选实施例可包括对目前所述特征、步骤或元件的不同组合或配置或其等价物(其中包括没有在图中明确显示或者没有在附图的详细表述中阐述的特征、部分或步骤的组合或其配置)。

无需在发明内容部分阐述的本主题的另外的实施例，可包含并结合上面简要阐述的目标中所引用的特征、部件、步骤方面的各种组合，和/或如本申请中以其他方式讨论的其他的特征、部件或步骤。本领域的技术人员浏览了本说明书的剩余部分后，将更加了解这些实施例的特征和方面。

附图说明

针对本领域普通技术人员，在参照附图的本说明书中阐述了本发明的全面和可实施的公开，包括最佳实施方式，其中：

图1是根据本技术的检测器的第一示意性实施例的等视轴图；

图2是根据本技术沿着示意性传输路径放置检测器的俯视图；

图3是根据本技术的检测器的第二示意性实施例的等视轴图；

图4-7是根据本主题第二示意性实施例的信号传输改善的修改例；

图8表示根据本技术的将检测器耦合到传感器的示意性方法。

整个说明书和附图中重复使用的参考符号用于表述本发明的相同或者类似的特征或元件。

具体实施方式

正如在发明内容中所论述的，本主题尤其涉及一种坚固构造的传输路径传感器。本主题的一个示意性实施例是将其放置在路面或其他传输路径上从而进行车辆交通的检测。然而应了解，本发明并不仅限于此。例如，根据本技术构造的变形敏感传感器可以被应用在其他的物体检测领域，实际上，这种应用远远脱离了车辆交通检测。例如，本技术可以用于检测罐头从生产线的输送管(delivery shoot)上滚落或者检测人或移动物体与墙体的接触。此外，本技术还可以用于检测任何的物理接触，包括但不限于，滚动接触，滑动接触或者断续接触，比如，个体穿过一个地区或沿着一条路径行走的时候会出现的情况。

所公开的技术的某些方面的选择性组合相当于本发明的多个不同的实施例。请注意此处阐述和讨论的每个示意性实施例并不是暗示对本主题的限制。例举或者阐述的特征或者步骤作为一个实施例的一部分可用于与另一个实施例的某些方面结合起来从而生成进一步的实施例。此外，某些特征可以和没有特别提到但具有相同或类似功能的类似的设备或特征进行互换。

下面详细介绍本主题检测器的优选实施例。参考附图，图1表示了根据本技术的检测器100的第一示意性实施例。如图，检测器100的结构首先是将多个电缆12、14、16、18、20排列放入一块橡胶30中。应注意这种构造形式仅是示意性的，也可以采用其他的构造方法。例如，可以通过除排列法之外的其他方法将多个电缆封装在橡胶或类似的材料中，作为非限制性示例这些方法包括，通过在可以放置电缆的模板(form)中灌入合适的材料或者通过在电缆上灌入或以其他方式散布合适的材料来封装电缆。

电缆12、14、16、18、20，示意性地表示为5根，当然，可以对应于更多或更少的电缆，但是在任何情况下对应于至少两根基本上延伸检测器100整个长度的电缆。电缆12-20可以由钢或其他能够接触变形的材料制成，这些材料将在后面介绍。还需注意，应用在电缆12-20的术语电缆是一个广义的术语，其对应的不仅是上面所述的不同材料，也包括各种不同的横截面，这些横截面不光包括通常的圆形横截面还有长方形、正方形、三角形、椭圆形或任何其他合适的横截面。

根据本主题第一示意性实施例的检测器100是通过在橡胶排列(rubber-calendared)的电缆的一个端面固定压电传感器40来实现的。压电传感器40可以通过任何合适的手段固定在橡胶排列的电缆上，作为非限制性示例这些手段包括，环氧树脂、粘合剂、机械连接、包覆成型(over molding)或者嵌入到其中排列了电缆12-20的相同橡胶的一部分中。通常任何可行的能够在橡胶排列的电缆中让本体变形耦合到压电传感器40上的固定方法都是可以的。

压电传感器40具有信号线42用来将信号从压电传感器40耦合到信号处理器44。信号处理器44被配置用于处理来自压电传感器40的信号以及通过输出线46产生理想的输出48。信号处理器44的输出可以是任何形式的，根据检测器100应用环境的信令要求的性质，输出信号的形式可以是开关闭合、光学输出或音频输出，或者是更加复杂的显示形式和/或信令能力。

参考附图2，下面介绍示意性环境中检测器100的通常操作。如附图2所示，将检测器100可与车辆传输路径200垂直放置，使得车辆(没有示出)的轮胎210、212、214、216可以通过并与检测器100接触。当轮胎212、214、216、218经过检测器100的任何部分，轮胎接触部位的驱动力和刹车力使得电缆12、14、16、18和20(图1)之间产生了平面运动，足以从压电传感器40中产生出可测量的信号。虽然不是本主题的必要，但是如果当轮胎210、212、214、216滚过时，保持检测器100在传输路径200表面的相对平坦将增强对压电传感器40的激发。

参考附图3，介绍根据本主题的检测器300的第二示意性实施例。从图1和图3的对比可以看出，检测器300在结构上与图1的检测器100是类似的。检测器300与先前所示检测器的不同之处在于可用本体可变形材料取代示意性的橡胶排列电缆构造。示意性的本体可变形材料包括，但不限于，木头、金属和塑料材料。比如，一种可以被有利地选用的特殊材料是聚碳酸酯树脂，其商标是

如本领域的技术人员所了解的，

是一种持久耐用的聚碳酸酯塑料，能够经受极度的冲击。另外，当

条被损坏或断掉的时候，能够很容易的在现场进行修理或者更换而不需要特殊的设备，这些将参考附图7在下面的内容中进一步介绍。

参照图3，检测器300可对应于聚碳酸酯树脂条310，可以通过与先前参照图2所介绍和讨论的类似方式延伸穿过传输路径。压电检测器40可以通过任何合适的方式固定于聚碳酸酯树脂条310。用于将压电检测器40固定于聚碳酸酯树脂条310的方法的非限定例子是采用合适的粘合剂，例如，氰基丙烯酸酯，或所谓的“强力胶”。可选的连接手段也是可能的，包括利用合适的紧固设备的机械连接，这些紧固设备包括，但不限于，夹钳、螺丝钉、螺栓、铆钉。应了解，虽然本主题的示意性实施例举例的是具有一条相对长边和一条相对短边的检测器，也可以认为是条，但这并不是对本公开的限制。实际上，根据本主题的示意性实施例构造的检测器可以是长方形的或者甚至是正方形的。

如图4所示，在操作中，根据本技术的示意性实施例构造的检测器300可以延伸穿过传输路径，使得车辆交通可以通过检测器300。由车辆轮胎330、332接触检测器300而产生的聚碳酸酯树脂条310的本体变形将被传送给压电传感器40。这种形式的检测采用的是应变检测技术，与例如简单的振动检测是相反的。通过将压电传感器40与聚碳酸酯树脂条310固定耦合，聚碳酸酯树脂条310上产生的变形移动了聚碳酸酯树脂条310的长度后到达了其需要被传送至的压电传感器40。可以通过与参照图1讨论的方式类似的方式进行压电传感器40产生的电信号的处理。

如前面所述，还应了解，根据本技术构造的变形检测器不仅限于检测车辆交通。在根据本主题的检测器300的实施例中，这种设备可以仅通过合适的手段容易地固定在墙体表面并定位用来检测个体或物体对墙体的撞击。可选的检测器300可以沿着组装线放置用来检测产品的运动，或者沿人行道或入口放置以检测个体的运动。所有这样的用途和其他的包括对个体或物体的接触检测等用途都是可以预想的。

进一步参考图4-7，阐述了为提高接触检测器的有效性而对聚碳酸酯树脂条310进行的多处修改。首先参照图4，可以看到聚碳酸酯树脂条310被修改成具有纵向的扩展槽340，该扩展槽沿着聚碳酸酯树脂条310的中央部分扩展了相当的长度。该结构产生了两个大体上平行的并在末端316、318处耦合在一起的聚碳酸酯树脂条312、314。压电传感器40可以固定在任何一端，但是示意性的例子是耦合在末端318。

本领域的技术人员应该了解，采用上述方式产生的一对大体平行的聚碳酸酯树脂条当被放置在传输路径上的时候可以不是绝对的平行关系，而是存在大体平行的条相互之间接近或远离的一定量的移动，特别是在车辆经过时，以及通常根据条沿着传输路径的放置。因此术语平行的使用不应解释为绝对的术语。

当车辆轮胎330、332经过聚碳酸酯树脂条310的时候，在聚碳酸酯树脂条310每个大体平行的部分312、314中产生了变形，由双向箭头332、334所标识，变形最终传输了聚碳酸酯树脂条310大体平行的部分312、314的长度后到达压电传感器40。压电传感器40产生电信号，该电信号可以按照先前参照图1所讨论的方式进行处理以提供车辆接触检测。

参照图5，介绍图4例举的实施例的可选构造。从图4和图5的示意性实施例的对比可以看到，两个实施例有很大程度的相似。图5的示意性实施例与图4所示的不同之处在于原则上保留了聚碳酸酯树脂条310的中间部分320作为固体部分。

从图5可以看出，聚碳酸酯树脂条310具有一对纵向的扩展槽342、444，该扩展槽沿着聚碳酸酯树脂条310的中央部分，从中央部分320到末端部分316、318延伸了相当的长度。根据图4所示的实施例，当途经车辆的经过使得聚碳酸酯树脂条310产生本体变形时，在由纵向扩展槽342、344所产生的聚碳酸酯树脂条310的大体平行的部分362、364和372、374中产生了由双向箭头352、354、356、358所表示的变形。

参照图6，是本主题的另一个示意性实施例，介绍了用于提高采用本技术构造的接触传感器的敏感度的第三示意性方法。如图6所示，聚碳酸酯树脂条310可被配置成包含相对短的从聚碳酸酯树脂条310的末端部分318开始延伸的纵向槽600。槽600可被配置为延伸必要的长度，使得当压电传感器40横跨放置在聚碳酸酯树脂条310由于创建了槽600而产生的两部分610、612上面的时候，可以提供足够的空间允许独立地连接压电传感器40的末端部分42、44。

当途经车辆经过聚碳酸酯树脂条310时，将在聚碳酸酯树脂条310上引起由双向箭头622、624所示的变形，变形被传送到上面固定了压力传感器40的聚碳酸酯树脂条310的两部分610、612。当不同数量的变形经过聚碳酸酯树脂条310的分开部分610、612的时候，压电传感器40的分开部分42、44也经受了不同数量的变形。这种将变形差别施加到压电传感器40将易于增加产生的电信号。

如前所述，多种连接的可能性能够将压电传感器40连接在聚碳酸酯树脂条310上。图6有代表性地例举了两种这样的连接技术。首先，压电传感器40可以通过粘合剂固定在聚碳酸酯树脂条310上，该粘合剂通常放置在压电传感器40和聚碳酸酯树脂条310之间，即，由压电传感器40的虚线642和末端652，以及压电传感器40的虚线644和末端654所定义的区域。另一选择为，压电传感器40可以通过螺丝钉、螺栓、铆钉或由662、664示意性所示的类似固定设备等方式固定在聚碳酸酯树脂条310上。

本领域的技术人员应很容易明白，基于上述内容，在本公开的范围内还可能有目前所述的检测器条的其他实施例。例如，图6所示的实施例可以和图4或5所示的任一实施例相结合而成为另一个实施例。同样地，可以对图5中所例举的本技术的实施例加以变更，通过提供三个或多个与槽342、344类似的沿着聚碳酸酯树脂条的长度延伸的槽，从而沿着聚碳酸酯树脂条310的长度有两个或多个与部分320类似的连接部分。或者，除了先前叙述的一个或多个大体线性排列的槽之外或者替代它，提供多个平行的槽。

参照图7，给出了根据本技术构造的接触传感器的另一示意性实施例。如图7所示，对应于聚碳酸酯树脂条的检测器条300具有槽336，该槽从第一末端332延伸到与第二末端334相邻的位置，成为具有第一条腿350、第二条腿352和连接部分354的拉伸的“U”型结构。沿着槽336的长度可以放置一个或多个桥接元件342、344、346用来帮助维持聚碳酸酯树脂条的两个腿部分350、352处于一个相对平行的位置。连接部分352、344、346可以对应着聚碳酸酯树脂条自身不能移动的部分或者可以对应着在槽336形成之后放置在适当位置的其他材料或固定元件。

应确信，“U”型连接部分354也对应着与聚碳酸酯树脂条分离的固定元件，从而可选地通过提供一对聚碳酸酯树脂条并由多个例如桥接元件352、344、346的桥接元件将其以紧间距平行结构固定来构造检测器300。

为了完成本发明该示意性实施例的构造，可以利用任何前面讨论和例举的，特别是参照图6所讨论的连接技术，将压电传感器40固定到聚碳酸酯树脂条的开放槽末端部分332。

如图3-7所示的检测器条300，象前面介绍的那样，可以应用到多种环境中。同样地，检测器300可以放置跨过公路或通过路径，用来检测车辆的通过或其他的路径交通，或者放置在墙体或建筑物的入口处用来检测与墙体接触或在入口处存在的个体或物体。通过类似的方式，也可以构想制造环境，包括如前面提到的沿着输送管的产品通道和类似的输送***。必须注意的是，可以选择环境适用的材料用作检测器条的可变形材料，比如，在不太苛刻的环境中可以选用木头而在更为苛刻的环境中可以选用金属或其他材料。

最后参照图8和简单参考上述，通过将聚碳酸酯树脂条的初始部分或替代部分700固定在聚碳酸酯树脂条310的损坏或故意断裂的部分390可以实现对检测器300的现场维修或初始构造。替代部分700可以通过与用于将压电传感器40固定于聚碳酸酯树脂条310上的类似方式进行固定，即，通过合适的粘合剂包括，但不限于，前面提到的氰基丙烯酸酯，或所谓的“强力胶”。但是可选的连接手段也是可能的，包括但不限于，采用合适的紧固设备的机械连接。

作为非限定的例子，机械连接可以应用在聚碳酸酯树脂条310的部分392作为暂时或永久形式的替代连接或者用在初始配备部分700，或者，作为用来将聚碳酸酯树脂条310连接到压电传感器40可以永久连接的聚碳酸酯树脂条的较短部分的初始手段。

尽管已经关于其具体实施例详细地介绍了本主题，但是应了解，对于本领域地技术人员，在理解了前述的内容之后，可以很容易地对这些实施例进行变更，改动或者等效替换。因此，本公开的范围是作为例子而不是作为限制，本主题公开不排除对于本领域的技术人员来说是很显而易见的对本主题的修改，变化和/或增加的内容。

Claims (16)

1.一种接触检测器，其包括：

可变形的检测器，具有第一末端和第二末端；

压电传感器，固定于所述可变形的检测器的第一末端；

其中与所述可变形的检测器的接触将在所述可变形的检测器的至少一些部分产生本体变形并将应变引入到所述的压电传感器。

2.根据权利要求1所述的接触检测器，其中所述的可变形的检测器包括排列在橡胶中的多个平行间隔的电缆。

3.根据权利要求2所述的接触检测器，其中平行间隔的电缆包括可变形的电缆。

4.根据权利要求3所述的接触检测器，其中平行间隔的电缆包括钢电缆。

5.根据权利要求1所述的接触检测器，其中可变形的检测器包括聚碳酸酯树脂条。

6.根据权利要求5所述的接触检测器，其中在所述聚碳酸酯树脂条的中央部分切割开至少一个槽。

7.根据权利要求6所述的接触检测器，其中在所述检测器中切开外观上从所述检测器的中央固定部分到所述检测器的第一和第二末端延伸的一对槽。

8.根据权利要求5所述的接触检测器，其中在检测器的第一末端中设置槽。

9.根据权利要求5所述的接触检测器，其中所述可变形的检测器包括：

第一部分，具有第一末端和第二末端，所述压电传感器固定于第一部分的第一末端，以及

第二部分，所述第二部分具有第一末端和第二末端，所述第二部分的第一末端固定于所述的一部分的第二末端。

10.根据权利要求9所述的接触检测器，其中所述第二部分的第一末端黏附地固定于所述第一部分的第二末端。

11.一种接触检测的方法，包括以下步骤：

提供接触可变形检测器；

将所述接触可变形检测器定位在通过路径上；以及

将压电传感器固定于所述接触可变形检测器的一个末端。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述的提供步骤包括提供多个可变形的电缆。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述的提供步骤包括提供在橡胶材料中排列的多个钢电缆。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述的提供步骤包括提供聚碳酸酯树脂条。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述的提供步骤包括提供包含至少一个中央位置槽的聚碳酸酯树脂条。

16.根据权利要求15所述的方法，其中至少在压电传感器之下的区域设置所述的中央位置槽。

Images